智能儀器的抗干擾措施

  智能儀器的抗干擾措施 
   3.4.1 硬件抗干擾技術(shù)
   3.4.1.1 電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)
   為了抑制電網(wǎng)干擾所造成穩(wěn)壓的波動(dòng)，可以采取以下一系列措施： 采用能抑制交流電源干擾的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源，如圖3-7 所示。圖中，電抗器用來抑制交流電源線上引入的高頻干擾，讓50HZ 的基波通過；變阻二極管用來抑制進(jìn)入交流電源線上的瞬時(shí)干擾（或者大幅值的尖脈沖干擾）；隔離變壓器的初、次級(jí)之間加有靜電屏蔽層，從而進(jìn)一步減小進(jìn)入電源的各種干擾。該交流電壓再通過整流電子穩(wěn)壓后使干擾被抑制到最小。 保險(xiǎn) 直流穩(wěn)壓器電阻 變阻二極 隔離變壓 圖3-7：可抑制交流電源干擾電路原理圖 Fig.3-7: the principles of 50Hz interference restrain power circuit
   不間斷電源UPS 是近年來推出的一種新型電源，它除了有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)干擾的能力外，更主要的是萬(wàn)一電網(wǎng)斷電，它能以極短的時(shí)間（≤3ms）切換到后備電源上去， 后備電源能維持10 分鐘以上（滿載）或30 分鐘以上（半載）的供電間，以便操作人員及時(shí)處理電源故障或采取應(yīng)急措施。在要求很高的控制場(chǎng)合可采用UPS。 以開關(guān)式直流穩(wěn)壓器代替各種穩(wěn)壓電源。由于開關(guān)頻率可達(dá)20kHz 或更高，因而變壓器、扼流器都可小型化。高頻開關(guān)晶體管工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)，效率可達(dá)60%～ 70%。而且抗干擾性能強(qiáng)。
   3.4.1.2 串模干擾的抑制
   串模干擾信號(hào)和有效信號(hào)相串聯(lián)，疊加在一起作為輸入信號(hào)，因此，對(duì)串模干擾的抑制較為困難。對(duì)串模干擾應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的特性和來源，分別采用不同的措施來抑制。
   （1）對(duì)于來自空間電磁耦合所產(chǎn)生的串模干擾，可采用雙絞線作為信號(hào)線，其目的是減少電磁感應(yīng)，并使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。也可采用金屬屏蔽線或屏蔽雙絞線。
   （2）根據(jù)串模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，采用相應(yīng)的濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。濾波器是一個(gè)選頻電路，其功能是讓頻段的信號(hào)通過，將其余頻段的信號(hào)衰減，濾除。在工業(yè)控制中，串模信號(hào)往往比被測(cè)儀器變化快。故在A/D 轉(zhuǎn)換器前采用低通濾波器，如選用無(wú)源RC 濾波電路，或采用有源低通濾波器，都可以較好的對(duì)其濾除。
   （3）當(dāng)對(duì)稱性交變的串模干擾電壓或尖峰型串模干擾成為主要干擾時(shí)，選用積分式或雙積分式A/D 轉(zhuǎn)換器可以消弱串模干擾的影響。因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的平均值而不是瞬時(shí)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以，對(duì)于尖峰型串模干擾具有抑制作用；對(duì)稱性交變的串模干擾，可在積分過程中相互抵消。
   （4）當(dāng)被測(cè)信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜相互交錯(cuò)時(shí)，通常的濾波電路很難將其分開，可采用調(diào)制解調(diào)器技術(shù)。選用遠(yuǎn)離干擾頻譜的某一特定頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再進(jìn)行傳輸，傳輸途中混入的各種干擾很容易被濾波環(huán)節(jié)濾除，被調(diào)制的被測(cè)信號(hào)經(jīng)硬件解調(diào)后， 可恢復(fù)原來的有用信號(hào)頻譜。
   3.4.1.3 共模干擾的抑制
   共模干擾產(chǎn)生的原因主要是不同的地之間存在共模電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地的漏阻抗。共模干擾的抑制措施主要有：
   1）利用差分運(yùn)算放大器作為儀器信號(hào)處理的前置放大器。
  2）利用變壓器或光藕把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)源隔離開，被測(cè)信號(hào)通過變壓器或光藕獲得通路，而共模干擾由于無(wú)法形成回路而得到有效的抑制。當(dāng)共模干擾典雅很高或要求共模漏電流較小時(shí)，可在信號(hào)源和測(cè)量電路之間插入一個(gè)隔離放大器，以隔離共模干擾的竄入途徑。
   3）采用雙層屏蔽-浮地輸入方式。將信號(hào)線的外皮金屬屏蔽網(wǎng)在信號(hào)源接地，而在儀器的模擬信號(hào)處理一側(cè)不單獨(dú)接地。對(duì)于信號(hào)輸入電路來講兩個(gè)輸入端的絕緣電阻應(yīng)對(duì)稱，并且盡量減少線路的不平衡電阻。
   3.4.1.4 接地技術(shù)
   接地技術(shù)是抑制噪聲的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲耦合，防止外部干擾的竄入，提高系統(tǒng)的抗力。但是如果接地沒有做好，不僅不能起到抑制噪聲的作用，還會(huì)引入噪聲。 接地的”地”通常是指“大地” –電器設(shè)備的金屬外殼，等通過接地線與地球大地相通的接地，和“系統(tǒng)地” –信號(hào)回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體。接“大地”是為了提供靜電屏蔽和降低電磁感應(yīng)噪聲，接“系統(tǒng)地”是為了給各個(gè)電路模塊提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。 接地通?？梢苑譃椋?安全接地：設(shè)備金屬外殼的接地； 工作接地：信號(hào)回路接基準(zhǔn)點(diǎn)位點(diǎn)； 屏蔽接地：電纜、變壓器的屏蔽層接地； 對(duì)于智能儀器而言，屏蔽接地是一種廣泛采用的抑制變化電場(chǎng)干擾的方法。
   3.4.1.5 其他的一些硬件抗干技術(shù)
    除了上述這些抗干擾方法之外，還有去耦電路設(shè)計(jì)技術(shù), 電磁屏蔽技術(shù)和隔離技術(shù)等方法[15] 。
   3.4.2 軟件抗干擾技術(shù)
   根據(jù)竄入系統(tǒng)的干擾信號(hào)對(duì)儀器干擾的不同方式軟件抗干擾可以分為：
   1．?dāng)?shù)字濾波方法：
  數(shù)字濾波是一種軟件算法，它實(shí)現(xiàn)從采樣信號(hào)中提取出有效信號(hào)數(shù)值，濾除干擾信號(hào)的功能。當(dāng)干擾信號(hào)疊加在被測(cè)模擬輸入信號(hào)上時(shí)，通過軟件的數(shù)字濾波可以剔出虛假信號(hào)求得真值。
   2．CPU 的抗干擾方法- 掉電保護(hù)技術(shù)，軟件指令冗余措施，軟件陷阱抗等 當(dāng)竄入儀器的干擾作用在了CPU 上時(shí)，將使系統(tǒng)處于嚴(yán)重失控狀態(tài)，典型的干擾方式是影響了CPU 的程序計(jì)數(shù)器（pc 指針）。干擾將使程序無(wú)序的亂跳或在地址空間內(nèi)亂飛。 軟件陷阱和指令冗余等方法，可以在時(shí)間攔截亂飛的程序，使其納入正軌或進(jìn)入的程序處理。
   1) 時(shí)間冗余技術(shù)
   通過采用重復(fù)執(zhí)行某一程序并將兩次運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行比較的方法來確定系統(tǒng)是否工作正常。比較結(jié)果如果一致，則認(rèn)為結(jié)果可信。如果不一致，則進(jìn)行第三次測(cè)試。如果三次結(jié)果不一致，則認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生故障，需經(jīng)一步檢查，如果有兩次一致， 則認(rèn)為出錯(cuò)的結(jié)果為偶然性故障。 時(shí)間冗余技術(shù)是以時(shí)間來?yè)Q取系統(tǒng)的可靠性，在增加系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，也減緩了系統(tǒng)運(yùn)行的速度。
   2) 指令冗余技術(shù)
   為了使走飛的程序在程序區(qū)盡快納入正軌，使用一些單字節(jié)的命令（如空指令NOP）插入到程序的關(guān)鍵地方。 在雙字節(jié)指令之后加入幾個(gè)NOP 指令，可以保證其后的指令不被拆散。因?yàn)樽唢w的程序即使落在操作數(shù)上，由于NOP 的存在，不會(huì)將后面的指令當(dāng)成操作數(shù)執(zhí)行。 對(duì)于那些程序跳轉(zhuǎn)指令（如:RET, LCALL,LJMP 等）在程序指令的后面重復(fù)這些指令可以確保這些指令的正確運(yùn)行。
   3) 軟件陷阱技術(shù)。 當(dāng)走飛的程序景進(jìn)入到了非程序區(qū)域或表格區(qū)域影響到PC 指針時(shí)，必須通過設(shè)置軟件陷阱的方法攔截走飛的程序，將其引入到正確的程序位置重新運(yùn)行或交由特定程序執(zhí)行。
   3．輸出數(shù)字信號(hào)的抗干擾
   當(dāng)竄入儀器的干擾作用在了輸出通道上時(shí)，在軟件上可以采取以下一些方法提高抗力：
   1）重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)。
  在滿足實(shí)時(shí)控制的要求前提下，重復(fù)周期盡可能短些。外部設(shè)備接受到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信號(hào)后，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的輸出信息又來到，就可及時(shí)防止錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生。
   2）對(duì)于不能重復(fù)輸出同一信號(hào)的輸出裝置，例如帶自環(huán)型分配器和功率驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī)，可在軟硬件上采取一些措施。
   3）計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)，應(yīng)將有關(guān)可編程輸出芯片的狀態(tài)也一并重復(fù)設(shè)置。因?yàn)樵诟蓴_作用下，這些芯片的編程狀態(tài)有可能發(fā)生變化。為了確保輸出功能正確實(shí)現(xiàn)，輸出功能模塊在執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)輸出之前，應(yīng)該先執(zhí)行芯片的編程指令，再輸出有關(guān)數(shù)據(jù)。
   4）采用抗干擾編碼。按一定規(guī)約，將需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，在智能接收端，再按規(guī)約進(jìn)行解碼，并完成檢錯(cuò)或糾錯(cuò)功能。
   4．程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)（WATCHDOG）
    智能儀表采用程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)以監(jiān)視微處理器執(zhí)行應(yīng)用程序的狀況，當(dāng)程序正彈到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中時(shí)看門狗能及時(shí)發(fā)并強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，擺脫死循環(huán)狀態(tài)，圖3-8 所示是由硬件和軟件配合構(gòu)成的程序運(yùn)行監(jiān)視器。 圖3-8 程序運(yùn)行監(jiān)視器 Fig.3-8：Watchdog circuit   開封中儀流量?jī)x表專業(yè)開封電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家，主要生產(chǎn)電磁流量計(jì)，渦街流量計(jì)，孔板流量計(jì)等。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：